综述：植物修复的综合方法：机制、增强策略与环境应用

这篇综述系统阐述了植物修复技术（Phytoremediation）在治理土壤和水体污染中的五大机制（PE、PS、PV、RF、PD），深入探讨了植物-微生物互作、基因修饰和土壤改良对污染物吸收降解的协同增强作用，特别强调了该技术在碳汇和温室气体减排中的气候调节价值，为多环境场景下的优化应用提供了整合框架。

　　

引言

环境污染已成为全球性挑战，重金属、有机化合物和放射性核素通过工业化和农业活动持续积累。传统物理化学修复方法成本高昂且易造成二次污染，而植物修复技术凭借其可持续性和生态友好特性崭露头角。

植物选择的影响因素

修复效率高度依赖植物物种选择，关键指标包括生物量、根系构型（如超积累植物东南景天对镉的富集能力）及与根际微生物的协同作用。乔木（如杨树）和灌木（如柳树）因其深层根系和快速生长特性，在重金属污染修复中表现突出。

植物修复途径

五大核心机制各具特色：

• 植物提取（PE）：通过ZIP和NRAMP转运蛋白吸收重金属，经螯合作用（如植物螯合肽PCs）转运至地上部；
• 根际过滤（RF）：利用水生植物（如浮萍）根系表面吸附污染物；
• 植物挥发（PV）：将硒、汞转化为气态形式释放；
• 植物降解（PD）：通过细胞色素P450酶分解有机污染物；
• 植物稳定（PS）：通过根系分泌物（如有机酸）固定污染物。

微生物与植物的协同效应

根际微生物（如丛枝菌根真菌AMF）通过分泌铁载体、降解酶（漆酶Lac）等，将污染物转化为低毒形态。基因工程菌（如表达merA基因的根瘤菌）可显著提升汞的挥发效率。

细胞内的运输与解毒

重金属进入细胞后，由ABC转运蛋白和液泡区隔化（如液泡膜转运蛋白HMA3）完成解毒。转基因植物（过表达YCF1的拟南芥）展现出更强的砷螯合能力。

气候变化缓解作用

植物修复通过碳封存（每年每公顷杨树林固碳5-8吨）和减少污染物诱导的甲烷排放（如湿地植物降低20-30%CH₄），成为气候智能型技术。

未来趋势

前沿方向包括：

• CRISPR-Cas9编辑植物重金属转运基因（如OsHMA3）；
• 纳米材料（如羟基磷灰石纳米颗粒）增强污染物固定；
• 人工智能优化植物-微生物组合。

结论

植物修复技术正从单一污染物治理转向多机制协同的生态系统工程，其在实现联合国可持续发展目标（SDGs）中的潜力亟待政策支持与跨学科合作。